(57)【要約】【課題】温度検出対象物の温度を精度良く検出する。【解決手段】コンパレータ１９の＋端子に印加される電圧Ｖaは、熱電圧と、トランジスタ１１，１２の飽和電流の電流比と、抵抗２３，２１の抵抗値比と、に基づいて設定される。この電圧Ｖaは、熱電圧に基づく温度依存性を有する。コンパレータ１９の−端子に印加される電圧Ｖｂは、バンドギャップ型基準電圧であり、熱電圧と、トランジスタ１１，１２の飽和電流の電流比と、抵抗２１，２２の抵抗値比と、トランジスタのベース−エミッタ間電圧と、に基づいて設定される。この電圧Ｖｂは、バンドギャップ型基準電圧に対応し、温度依存性を殆ど有さない。このため、半導体チップの温度が使用限界温度を超えれば、電圧Ｖaが電圧Ｖbを超え、コンパレータ１９は、ハイレベルの信号を出力する。【選択図】図１
2006017552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度検出対象物の温度に従って半導体に発生する熱電圧に基づく電圧として、前記半導体の温度に依存する温度依存電圧を生成する第１の電圧生成部と、
バンドギャップ電圧に基づく基準電圧を生成する第２の電圧生成部と、
前記温度依存電圧と前記基準電圧とを比較し、比較結果に基づいて、前記温度検出対象物の温度を検出し、その温度検出信号を出力する比較部と、を備えた、
ことを特徴とする温度検出回路。
【請求項２】
前記第２の電圧生成部は、前記温度検出対象物の限界温度と対応するように前記基準電圧を生成するものであり、
前記比較部は、前記温度依存電圧が前記基準電圧を超えたときに、前記温度検出対象物の温度が前記限界温度を超えたことを示す温度検出信号を出力するように構成されたものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の温度検出回路。
【請求項３】
前記温度依存電圧が前記基準電圧を下から上又は上から下に超えたときに前記基準電圧を変化させて、前記温度検出対象物の前記温度と前記温度検出信号との関係において、ヒステリシスを設定するヒステリシス部を備えた、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の温度検出回路。
【請求項４】
前記半導体は、電流が流れる電流路と前記電流路に流れる電流の電流値を制御する制御端とを有するトランジスタであり、
前記制御端が接続され、前記電流路の上流端に電流値が同一の電流が供給される第１のトランジスタと第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタの前記電流路の下流端に一端が接続され、前記第２のトランジスタの前記電流路の下流端に他端が接続された第１の抵抗と、
前記第２のトランジスタの前記電流路の下流端と前記第第１の抵抗の他端とに接続され、前記第１の抵抗と温度係数がほぼ等しい第２の抵抗と、
前記第１の抵抗と温度係数がほぼ等しく、前記第１のトランジスタに供給される電流と電流値が同一の電流が供給される第３の抵抗と、を備え、
前記第１の電圧生成部は、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタの熱電圧と、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとの飽和電流の電流値比と、前記第１の抵抗と前記第３の抵抗との抵抗値比と、に基づいて前記温度依存電圧を生成し、
前記第２の電圧生成部は、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタの熱電圧と、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとの飽和電流の電流値比と、前記第２の抵抗と前記第１の抵抗との抵抗値比と、前記第２のトランジスタの前記制御端と前記電流路の下流端との間の電圧と、に基づいて、前記基準電圧を生成する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の温度検出回路。
【請求項５】
温度検出対象物の温度に従って半導体に発生する熱電圧に基づく電圧として、前記半導体の温度に依存する温度依存電圧を生成するステップと、
バンドギャップ電圧に基づく基準電圧を生成するステップと、
前記温度依存電圧と前記基準電圧とを比較して、比較結果に基づいて、前記温度検出対象物の温度を検出し、その温度検出信号を出力するステップと、を備えた、
ことを特徴とする温度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度検出回路及び温度検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体チップ等の使用限界温度を検出する温度検出回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる温度検出回路は、正の温度係数を有する電流源と、負の温度係数を有する電流源と、が直列に接続され、その接続点の電圧とインバータの閾値電圧とを比較する。そして、接続点の電圧が温度に基づいて閾値電圧よりも高くなると、インバータは、その旨の検出信号を出力する。
【特許文献１】特開平１０−３１８８４９号公報（第３−５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、かかる従来の温度検出回路では、正の温度係数を有する電流源と、負の温度係数を有する電流源との相互関係に基づいて温度を検出するようにしているので、半導体チップ等の使用限界温度を精度良く検出することは難しい。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、温度検出対象物の温度を精度良く検出することが可能な温度検出回路及び温度検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る温度検出回路は、
温度検出対象物の温度に従って半導体に発生する熱電圧に基づく電圧として、前記半導体の温度に依存する温度依存電圧を生成する第１の電圧生成部と、
バンドギャップ電圧に基づく基準電圧を生成する第２の電圧生成部と、
前記温度依存電圧と前記基準電圧とを比較し、比較結果に基づいて、前記温度検出対象物の温度を検出し、その温度検出信号を出力する比較部と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
前記第２の電圧生成部は、前記温度検出対象物の限界温度と対応するように前記基準電圧を生成するものであり、
前記比較部は、前記温度依存電圧が前記基準電圧を超えたときに、前記温度検出対象物の温度が前記限界温度を超えたことを示す温度検出信号を出力するように構成されたものであってもよい。
【０００７】
前記温度依存電圧が前記基準電圧を下から上又は上から下に超えたときに前記基準電圧を変化させて、前記温度検出対象物の前記温度と前記温度検出信号との関係において、ヒステリシスを設定するヒステリシス部を備えてもよい。
【０００８】
前記半導体は、電流が流れる電流路と前記電流路に流れる電流の電流値を制御する制御端とを有するトランジスタであり、
前記制御端が接続され、前記電流路の上流端に電流値が同一の電流が供給される第１のトランジスタと第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタの前記電流路の下流端に一端が接続され、前記第２のトランジスタの前記電流路の下流端に他端が接続された第１の抵抗と、
前記第２のトランジスタの前記電流路の下流端と前記第第１の抵抗の他端とに接続され、前記第１の抵抗と温度係数がほぼ等しい第２の抵抗と、
前記第１の抵抗と温度係数がほぼ等しく、前記第１のトランジスタに供給される電流と電流値が同一の電流が供給される第３の抵抗と、を備え、
前記第１の電圧生成部は、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタの熱電圧と、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとの飽和電流の電流値比と、前記第１の抵抗と前記第３の抵抗との抵抗値比と、に基づいて前記温度依存電圧を生成し、
前記第２の電圧生成部は、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタの熱電圧と、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとの飽和電流の電流値比と、前記第２の抵抗と前記第１の抵抗との抵抗値比と、前記第２のトランジスタの前記制御端と前記電流路の下流端との間の電圧と、に基づいて、前記基準電圧を生成するようにしてもよい。
【０００９】
本発明の第２の観点に係る温度検出方法は、
温度検出対象物の温度に従って半導体に発生する熱電圧に基づく電圧として、前記半導体の温度に依存する温度依存電圧を生成するステップと、
バンドギャップ電圧に基づく基準電圧を生成するステップと、
前記温度依存電圧と前記基準電圧とを比較して、比較結果に基づいて、前記温度検出対象物の温度を検出し、その温度検出信号を出力するステップと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、温度検出対象物の温度を精度良く検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る温度検出回路を図面を参照して説明する。
（実施形態１）
実施形態１に係る温度検出回路の構成を図１に示す。
実施形態１に係る温度検出回路は、トランジスタ１１〜１８と、コンパレータ１９と、抵抗２１〜２５と、を備える。この温度検出回路は、温度検出対象物の近傍に配置され、若しくは温度検出対象物である半導体チップ上に形成される。そして、この温度検出回路は、この温度検出対象物の温度に従ってトランジスタ１１，１２に発生する熱電圧に基づいて、温度検出対象物の温度を検出する。
【００１２】
トランジスタ１１，１２は、ともにＮＰＮバイポーラトランジスタによって構成される。トランジスタ１３〜１５，１７，１８は、ともに、ＰチャンネルＭＯＳ（Metal-Oxide Semiconductor）トランジスタによって構成される。トランジスタ１６は、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタによって構成される。
【００１３】
トランジスタ１１のベースとトランジスタ１２のベースとは、互いに接続されている。トランジスタ１１のコレクタは、トランジスタ１３のドレインに接続される。抵抗２１の一端は、トランジスタ１１のエミッタに接続される。
【００１４】
抵抗２２の一端は、抵抗２１の他端に接続され、抵抗２２の他端は接地される。抵抗２１と抵抗２２とは、温度係数がほぼ等しいものが用いられる。トランジスタ１２のエミッタは、抵抗２１と抵抗２２との接続点に接続され、コレクタは、トランジスタ１４のドレインに接続される。尚、トランジスタ１１，１２のコレクタ−エミッタ間は、電流が流れる電流路になり、ベースは、コレクタ−エミッタ間に流れる電流の電流値を制御する制御端になる。
【００１５】
トランジスタ１３〜１５，１７，１８の各ソースは、ともに電圧ＶＣＣを有する電源に接続される。トランジスタ１３〜１５の各ゲートは、互いに接続され、さらに、トランジスタ１３のドレインに接続される。トランジスタ１３，１４，１５により、ミラー回路が構成され、トランジスタ１３〜１５には、特性がほぼ等しいものが用いられる。
【００１６】
抵抗２３の一端は、トランジスタ１５のドレインに接続され、他端は接地される。この抵抗２３には、抵抗２１と温度係数がほぼ等しいものが用いられる。また、トランジスタ１３〜１５によってミラー回路が構成されるため、抵抗２３には、トランジスタ１１に供給される電流と電流値が同一の電流が供給される。トランジスタ１６のドレインは、トランジスタ１７のドレインに接続される。抵抗２４の一端は、トランジスタ１６のソースに接続され、他端は接地される。
【００１７】
トランジスタ１７のゲートとトランジスタ１８のゲートとは、ともに接続され、さらに、トランジスタ１７のドレインに接続される。このようにして、トランジスタ１７，１８によりミラー回路が構成される。抵抗２５の一端は、トランジスタ１８のドレインに接続され、他端は接地される。抵抗２４，２５には、温度係数がほぼ等しいものが用いられる。
【００１８】
コンパレータ１９の非反転入力端子（以後、「＋端子」と記す。）は、トランジスタ１５のドレインと抵抗２３との接続点に接続される。コンパレータ１９の反転入力端子（以後、「−端子」と記す。）は、トランジスタ１８のドレインと抵抗２５との接続点に接続される。
【００１９】
コンパレータ１９の＋端子に印加される電圧、−端子に印加される電圧を、それぞれ、Ｖa，Ｖbとすると、後述するように、電圧Ｖaは、トランジスタ１１，１２の熱電圧Ｖtに基づく温度依存性を有する電圧になる。また、電圧Ｖbは、このような温度依存性を殆ど有さないバンドギャップ型基準電圧になる。そして、コンパレータ１９は、電圧Ｖaと電圧Ｖbとを比較して、比較結果に基づいて、温度検出対象物の温度を検出する。
【００２０】
即ち、この温度検出回路は、図２に示すように、コンパレータ１９と、電圧Ｖaをコンパレータ１９の＋端子に印加する電源３１と、電圧Ｖbをコンパレータ１９の−端子に印加する電源３２と、からなる回路と等価になる。
【００２１】
コンパレータ１９は、トランジスタ１１、１２の熱電圧Ｖtに基づく温度依存性を有する電圧Ｖaが温度依存性を殆ど有さない電圧Ｖbを超えたときに、ハイレベルの信号を出力する。
【００２２】
そして、電圧Ｖbが半導体チップの使用限界温度と対応するように、抵抗２１〜２５等の各素子の回路定数が設定される。このように回路定数が設定されると、温度検出回路は、電圧Ｖaが電圧Ｖbを超えたときに、半導体チップの温度が、その使用限界温度を超えたことを示す温度検出信号を出力することになる。
【００２３】
次に実施形態１に係る温度検出回路の動作を説明する。
トランジスタ１１，１２のコレクタには、トランジスタ１３，１４によって構成されているミラー回路が接続されているため、トランジスタ１１，１２のコレクタ−エミッタ間を流れるコレクタ電流の値はほぼ等しくなる。
【００２４】
従って、この温度検出回路において、次の数１に示す関係式が成り立つ。
【数１】
2006017552.tif 000003
【００２５】
数１より、トランジスタ１１のコレクタ電流の電流値は次の数２によって求められる。
【数２】
2006017552.tif 000004
【００２６】
ここで、半導体として、トランジスタ１１，１２の熱電圧は、次の数３によって表される。
【数３】
2006017552.tif 000005
トランジスタ１１、トランジスタ１２のベース−エミッタ間電圧Ｖbe1、Ｖve2は、それぞれ、次の数４、数５によって表される。
【数４】
2006017552.tif 000006
【数５】
2006017552.tif 000007
【００２７】
この数４、数５を、数２に代入すると、次の数６が得られる。
【数６】
2006017552.tif 000008
従って、コンパレータ１９の＋端子に印加される電圧Ｖaは、次の数７によって求められる。
【数７】
2006017552.tif 000009
この数７が示すように、抵抗２１、２３の温度係数がほぼ等しいため、抵抗２１、２３に基づく温度依存性は、ほとんど相殺される。このため、電圧Ｖaは、熱電圧Ｖtに基づく温度依存性のみを有することになる。また、この数７が示すように、最終的には、トランジスタ１１，１２と、抵抗２１，２３とが、この電圧Ｖaを生成することになる。尚、この電圧Ｖaは、トランジスタ１１，１２の飽和電流の電流比Ｍと、抵抗２１，２３の抵抗値比と、に従って、適宜、設定される。
【００２８】
一方、接地電圧に対するトランジスタ１２のベース電位をＶb'として、ベース電位Ｖb'は、次の数８によって求められる。
【数８】
2006017552.tif 000010
【００２９】
ここで、抵抗２１、２２の温度係数がほぼ等しいため、抵抗２１、２２のそれぞれの抵抗値Ｒ１，Ｒ２の温度依存性はほとんど相殺され、数８の右辺第１項に関しては、熱電圧Ｖtに基づく正の温度係数を示すようになる。一方、数８の右辺第２項のトランジスタ１２のベース−エミッタ間電圧Ｖbe2に関しては、負の温度係数を示すことになる。
【００３０】
このため、トランジスタ１１，１２の飽和電流の比Ｍ、抵抗２１，２２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２を調整することにより、数８右辺第１項と第２項の温度依存性がほとんど相殺され、電圧Ｖb'は温度に依存しなくなる。尚、この数８が示すように、最終的には、トランジスタ１１，１２と、抵抗２１，２２と、が電圧Ｖb'を生成することになる。
【００３１】
トランジスタ１７，１８は、ミラー回路を構成しているため、トランジスタ１８のソース−ドレイン間には、トランジスタ１７のソース−ドレイン間に流れるドレイン電流と同じ値のドレイン電流が流れる。従って、コンパレータ１９の−端子に印加される電圧Ｖbは、次の数９によって表される。
【数９】
2006017552.tif 000011
【００３２】
この数９に示すように、抵抗２４，２５の温度係数は、ほぼ等しくなるように設定されているため、抵抗２４，２５の温度依存性はほとんど相殺され、電圧Ｖbも、電圧Ｖb'と同様、温度に依存しない。
【００３３】
コンパレータ１９は、＋端子に印加された電圧Ｖaと−端子に印加された電圧Ｖbとを比較する。この電圧Ｖbが電圧Ｖaと等しくなったときの温度がこの温度検出回路の検出温度になる。数７、数９により、次の数１０に示す関係式が成り立つ。
【数１０】
2006017552.tif 000012
さらに、この数１０に数３を適用すると、次の数１１に示す関係式が成り立つ。
【数１１】
2006017552.tif 000013
従って、半導体チップの使用限界温度をＴthとすると、使用限界温度Ｔthは、次の数１２によって表される。
【数１２】
2006017552.tif 000014
【００３４】
コンパレータ１９は、トランジスタ１１，１２のような半導体チップの熱電圧Ｖtに基づく温度依存性を有する電圧Ｖaと温度依存性を殆ど有さない電圧Ｖbとを比較する。
【００３５】
そして、図３に示すように、半導体チップの温度が使用限界温度Ｔthを超えたとき、電圧Ｖaが電圧Ｖbを超え、コンパレータ１９は、ハイレベルの信号を出力する。
【００３６】
温度検出回路は、コンパレータ１９のこのハイレベルの出力信号を、半導体チップの温度Ｔが使用限界温度Ｔthを超えたことを示す温度検出信号として出力し、半導体チップの使用限界温度を検出する。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態１によれば、トランジスタの熱電圧Ｖtに基づく温度依存性を有する電圧Ｖaと温度依存性を殆ど有さない電圧Ｖbとを比較して半導体チップの使用限界温度を検出するようにした。
従って、半導体チップの使用限界温度を精度良く検出することができる。
【００３８】
（実施形態２）
実施形態２に係る温度検出回路は、温度検出特性にヒステリシス特性を設けるようにしたものである。
【００３９】
実施形態２に係る温度検出回路の構成を図４に示す。
実施形態２に係る温度検出回路は、ヒステリシス部として、トランジスタ４１，４２を備える。ヒステリシス部は、使用限界温度を下から上又は上から下に超えたときに電圧Ｖbを変化させて、温度検出対象物の使用限界温度と温度検出信号との関係において、ヒステリシスを設けるようにしたものである。
【００４０】
トランジスタ４１，４２は、ともにＰチャンネルＭＯＳトランジスタによって構成される。
トランジスタ４１のソースは、電圧ＶＣＣの電源に接続され、ゲートは、トランジスタ１７のゲートに接続されて、ミラー回路が構成される。
【００４１】
トランジスタ４２のソースは、トランジスタ４１のドレインに接続され、ゲートはコンパレータ１９の出力端に接続され、ドレインは、トランジスタ１８のドレインに接続される。
【００４２】
コンパレータ１９の＋端子は、実施形態１と同様にトランジスタ１５のドレインと抵抗２３との接続点に接続される。また、コンパレータ１９の−端子は、トランジスタ１８のドレインと抵抗２５との接続点に接続される。
【００４３】
次に実施形態２に係る温度検出回路の動作を説明する。
電圧Ｖaが電圧Ｖb以下の場合、コンパレータ１９は、ローレベルの信号を出力する。コンパレータ１９の出力信号がローレベルであれば、トランジスタ４２はオンする。抵抗２５には、トランジスタ４１のドレイン電流とトランジスタ１８のドレイン電流とが流れる。このときの電圧Ｖbを電圧Ｖb1とする。
【００４４】
電圧Ｖaが電圧Ｖb1を超えると、コンパレータ１９は、ハイレベルの信号を出力する。コンパレータ１９の出力信号がハイレベルになると、トランジスタ４１は、オフする。
【００４５】
トランジスタ４１がオフすると、抵抗２５には、トランジスタ１８のドレイン電流のみが流れるため、抵抗２５の一端の電圧Ｖbは低下する。このときの電圧Ｖbを電圧Ｖb2とする。従って、Ｖb1＞Ｖb2となる。
【００４６】
この電圧Ｖb1,Ｖb2を、図５に示すように、半導体チップの使用限界温度としての閾値温度Ｔth1，Ｔth2に対応させる。
【００４７】
半導体チップの温度が閾値温度Ｔth1以下の場合、電圧Ｖa≦Ｖb1となり、コンパレータ１９は、ローレベルの信号を出力する。
【００４８】
半導体チップの温度が上昇し、閾値温度Ｔth1を超えると、電圧Ｖaは電圧Ｖb1を超え、コンパレータ１９は、半導体チップの温度Ｔが閾値温度Ｔth1を超えたことを示すハイレベルの信号を出力する。また、このとき、Ｖb＝Ｖb2となる。
【００４９】
半導体チップの温度Ｔが低下して、閾値温度Ｔth1以下になっても、閾値温度Ｔth2を超えていれば、コンパレータ１９は、継続してハイレベルの信号を出力する。
【００５０】
そして、半導体チップの温度Ｔが閾値温度Ｔth2以下になったときに、コンパレータ１９は、閾値温度Ｔth2以下になったことを示すローレベルの信号を出力する。また、このとき、Ｖb＝Ｖb2となる。このように、温度検出対象物の使用限界温度と温度検出信号との関係において、ヒステリシスが生成される。
【００５１】
トランジスタ１７，４１，１８のそれぞれのドレイン電流の電流比を、１０：１：９となるように設定すれば、閾値温度Ｔth2を閾値温度Ｔth1よりも１０％低くすることができる。この閾値温度Ｔth2と閾値温度Ｔth1との関係は、使用状況に基づいて設定される。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態２によれば、ヒステリシス部を備え、温度検出対象物の使用限界温度と温度検出信号との関係において、ヒステリシスを設けるようにした。従って、半導体チップの温度が使用限界温度近辺で上下しても、温度検出回路の温度検出動作を安定させることができる。
【００５３】
また、トランジスタ１７，１８、４１の各ドレイン電流の電流比を設定することにより、ヒステリシス特性を適宜調整することができる。
【００５４】
尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、コンパレータ１９が半導体チップの温度が閾値温度を超えたか否かを判別するための信号を出力するようにした。しかし、コンパレータ１９の代わりに差動増幅器を備え、半導体チップの温度と閾値温度との差に基づいて半導体チップの温度を検出することもできる。
【００５５】
上記実施形態では、温度検出対象物を半導体チップとして説明した。しかし、温度検出対象物は、金属のような導体、絶縁体で形成されたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態１に係る温度検出回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す温度検出回路の機能を示す説明図である。
【図３】図１に示す温度検出回路の動作を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る温度検出回路の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す温度検出回路の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１１，１２  ＮＰＮバイポーラトランジスタ
１３〜１８  Ｐチャネル電界効果トランジスタ
１９  コンパレータ
２１〜２５  抵抗
３１，３２  電源
【図１】
2006017552.tif 000015
【図２】
2006017552.tif 000016
【図３】
2006017552.tif 000017
【図４】
2006017552.tif 000018
【図５】
2006017552.tif 000019